CN101092157B - 自行车换档器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自行车换档器，该自行车换档器用于拉紧和释放连接至可安装在把手端部处或附近的变速机构的控制缆索，以在每次换档操作之后返回至空档位置，由此降低骑手遭遇的气动阻力。换档器包括松紧部件、控制机构、保持机构以及返回组件。松紧部件可环绕换档轴线转动，用于沿缆索拉紧方向卷绕该松紧部件上的控制缆索以及沿缆索释放方向解绕该松紧部件上的控制缆索。控制机构可沿第一方向移动，以沿缆索拉紧方向转动松紧部件，并且可沿第二方向移动，用于沿缆索释放方向转动松紧部件。保持机构将松紧部件保持在选定位置处，而返回组件在每次换档操作之后将控制机构返回至空档位置。

Description

自行车换档器
技术领域
本发明涉及自行车换档器，更具体地说，涉及可安装至把手的端部的、并且具有在每次换档操作之后返回至空档位置的控制机构的自行车换档器。
背景技术
自行车竞赛正在成为日趋流行且充满竞争性的运动项目。自行车竞赛中的一类是计时赛，在计时赛中，骑车人针对一确定距离以秒表(clock)计时方式进行比赛。在这些计时赛期间，与自行车和骑手有关的空气动力学是非常重要的。典型的是，计时赛自行车将具有钩型把手。这种类型的把手通常被形成为这样的u形，即，“u”对骑乘方向进行指示，而“u”的每一边的端部都被翻转向上。把一典型的换档器安装至“u”的每一边的端部。这些换档器的一个缺点是，在每次换档操作之后，它们因控制杆没有返回至空档位置(更确切地说，控制杆的空档位置根据所选档位而改变)而造成骑手遭遇的气动阻力增大。而且，这种构造是非人机工程学的，并且具有复杂的设计。因此，需要可安装至把手的端部的、能返回至空气动力学/人机工程学位置的简单的换档器。
发明内容
本发明提供一种用于拉紧(pulling)和释放(releasing)连接至变速机构的控制缆索的自行车换档器。所述自行车换档器包括外壳、松紧(takeup)部件、控制机构、保持机构以及返回组件。一连接组件将所述外壳安装在自行车把手的端部处或附近。所述松紧部件可环绕换档轴线转动，用于沿缆索拉紧方向卷绕该松紧部件上的所述控制缆索以及沿缆索释放方向解绕该松紧部件上的所述控制缆索。优选的是，所述换档轴 线与所述把手的轴线大致垂直。所述控制机构可沿第一方向移动，以沿所述缆索拉紧方向转动所述松紧部件，以及可沿与所述第一方向相反的第二方向移动，以沿所述缆索释放方向转动所述松紧部件。所述保持机构将所述松紧部件保持在选定位置处。所述返回组件在每次换档操作之后将所述控制机构返回至空档位置，以降低骑手遭遇的气动阻力。
在本发明的一个实施例中，所述控制机构包括：控制杆，可转动地接合至所述控制杆的驱动件，以及可操作地接合至所述驱动件的离合器机构，所述离合器机构用于将所述控制杆的运动传递至所述松紧部件。所述控制杆可环绕所述换档轴线沿所述第一方向和所述第二方向转动，以拉紧和释放所述控制缆索，并且与所述把手轴线大致垂直地扫掠(sweep)。所述驱动件和所述离合器机构被设置成匹配地啮合。所述离合器机构在空档位置处向所述驱动件偏压。响应于所述控制杆的致动，所述驱动件使所述离合器机构向所述松紧部件沿轴向并且转动地移位，以将所述控制杆的运动传递至所述松紧部件。
在一个实施例中，所述驱动件可环绕所述换档轴线转动，并且包括可与所述离合器机构的至少两个凹部啮合的至少两个齿。所述驱动件齿包括与所述离合器机构的所述凹部的成角状表面相对应的成角状表面。另选的是，所述离合器机构可以包括与所述驱动件的凹部啮合的齿。所述离合器机构可环绕所述换档轴线转动，并且包括多个离合器齿，所述多个离合器齿响应于所述控制杆的致动可与所述松紧部件的多个松紧齿啮合。利用这种构造，当致动所述控制杆时，所述驱动件转动，迫使所述离合器机构的所述成角状凹部沿所述驱动件齿的所述成角状表面移动，由此导致所述离合器机构远离所述驱动件而沿轴向朝所述松紧部件移位，直到所述离合器齿啮合所述松紧齿为止。一旦所述松紧部件阻止所述离合器机构沿轴向移位，所述离合器机构就开始转动。因为所述离合器齿当前与所述松紧齿啮合，所以所述松紧部件也转动。
所述返回组件包括转动偏压部件和轴向偏压部件，所述转动偏压部件用于将所述离合器机构转动地偏压至一转动空档位置，而所述轴向偏压部件用于将所述离合器机构沿轴向朝所述驱动件偏压至远离所述松紧 部件的轴向空档位置。在一个实施例中，所述转动偏压部件可以是扭簧，而所述轴向偏压部件是压缩弹簧，所述压缩弹簧设置在所述离合器机构与所述松紧部件之间。在每次换档操作之后，所述扭簧使所述离合器机构转回至其转动空档位置，而所述压缩弹簧使所述离合器机构远离所述松紧部件向所述驱动件沿轴向移位到其轴向空档位置。所述保持机构包括棘轮和至少一个棘爪簧。所述棘轮可转动地接合至所述松紧部件，并且包括与所述变速机构的档位相对应的多个齿。所述棘爪簧啮合所述多个齿，以将所述棘轮和所述松紧部件保持在选定位置处。
结合附图，根据以下对本发明一个实施例的说明，将更全面理解本发明的这些和其它特征以及优点。
附图说明
在图中：
图1是根据本发明一个实施例的自行车换档器的侧视图；
图2是用于将图1的自行车换档器接合至把手的连接组件的截面侧视图；
图3a是沿图1的自行车换档器的A-A线截取的截面图；
图3b是根据本发明另一实施例的沿图1的自行车换档器的A-A线截取的截面图；
图4是图1的换档器的驱动件、离合器机构以及松紧部件的分解图；
图5是图1的换档器的控制机构的控制杆的侧视图；
图6是图1的换档器的保持机构的截面图；
图7a是示出当换档器处于空档位置时驱动件、离合器机构以及松紧部件的位置的沿图3a的自行车换档器的B-B线截取的局部截面图；
图7b是示出当换档操作期间驱动件、离合器机构以及松紧部件的位置的沿图3a的自行车换档器的B-B线截取的局部截面图；
图8a是当换档器处于转动空档位置处时图1的换档器的离合器机构和转动偏压部件的截面图；
图8b是在缆索拉紧操作期间图1的换档器的离合器机构和转动偏压 部件的截面图；
图8c是在缆索释放操作期间图1的换档器的离合器机构和转动偏压部件的截面图。
具体实施方式
图1-8例示了根据本发明一个实施例的自行车换档器10。自行车换档器10拉紧或释放连接至变速机构(未示出)的控制缆索12，以在自行车的档位之间进行换档。变速机构可以是后变速齿轮传动机构(derailleur)、前变速齿轮传动机构或其它相似类型的机构。自行车换档器10被示出为用于公路自行车的计时赛用换档器，然而，换档器10可以被用于诸如山地自行车的其它类型的自行车。在这个实施例中，换档器10通常包括外壳14、控制机构16、松紧部件18、保持机构20以及返回组件22。参照图2，通过插入把手26的端部24中的连接组件28将换档器10安装在把手26的端部24处或附近。连接组件28包括以螺纹方式连接至换档器外壳14的螺栓30、环绕螺栓30设置的三个楔块(wedge)32以及环绕三个楔块32设置的楔入弹簧34。楔入弹簧34将楔块32向螺栓30径向向内地偏压。螺栓30包括用于接收诸如六角扳手的工具的插口部36。为了将换档器10固定在把手26的端部24处或附近，将所述工具插入插口部36中并转动，从而螺栓30向外壳14移动。随着螺栓30向外壳14移动，螺栓30和外壳14的锥形表面38、40分别使楔块32抵靠把手26的内表面42沿径向向外偏转(deflect)，由此将换档器10固定至把手26的端部24。当然，可以使用将换档器10连接至把手26的其它装置。
参照图1、3a以及4，外壳14包括利用三个螺钉46拧紧至外壳的盖子44。外壳盖子44包括用于接收衬套(bushing)50的孔48。通过以螺纹方式连接至轴52的端部60的螺钉54和也设置在轴52的端部60处的法兰58，使轴52贯穿外壳14延伸并且相对于外壳14沿轴向固定。轴52具有与把手的轴线大致垂直的换档轴线。在本发明的一个实施例中，控制机构16包括控制杆62、驱动件64以及离合器机构66。参照图5， 控制杆62可环绕轴52转动，并且包括第一和第二腿部72、74，该第一和第二腿部通过贯穿第一和第二腿部72、74延伸的螺钉76夹紧至驱动件64。为了将控制杆62固定在驱动件64上，将螺钉76上紧，致使第一腿部72向第二腿部74移动，由此获得抵靠驱动件64的表面的夹紧力。可以通过选择控制杆62相对于驱动件64的位置来调节控制杆62相对于外壳14的角位置。这种构造允许骑手调节控制杆62的空档位置。
参照图3a和4，驱动件64贯穿衬套50延伸并且可转动地安装至轴52。在控制杆62与外壳盖子44之间环绕驱动件64设置有推力(thrust)衬套68。驱动件64和离合器机构66被设置成匹配地啮合。驱动件64响应于控制杆62的致动沿轴向并转动地移位离合器机构66。在这个实施例中，驱动件64包括与离合器机构66啮合的两个驱动件齿70。离合器机构66可转动地安装至轴52。离合器机构66包括用于接收两个驱动件齿70的两个凹部78和用于啮合松紧部件18的多个离合器齿80。驱动件齿70具有成角状表面77，该成角状表面77在控制杆处于空档位置处时与凹部78的相对应的成角状表面79匹配地啮合，参见图7b。另选的是，离合器机构可以包括可与驱动件的凹部啮合的齿。离合器机构66还包括用于接收返回组件22的空腔82。
返回组件22包括转动偏压部件84和轴向偏压部件86，该转动偏压部件84用于将离合器机构66转动地偏压至转动空档位置，而该轴向偏压部件86用于将离合器机构66远离松紧部件18沿轴向偏压至轴向空档位置。在这个实施例中，转动偏压部件84是扭簧，而轴向偏压部件86是压缩弹簧。参照图8a，扭簧84包括可与延伸部(在这个实施离合器机构66延伸出的柱)92和从外壳14延伸出的突出部94个腿部88、90，用于向其转动空档位置偏压离合器机构66。通过两钉98把弹簧保持器96接合至离合器机构66，以防止扭簧84相对于离合器机构66沿轴向移动。压缩弹簧86设置在离合器机构66与松紧部件18之间。参照图7a，压缩弹簧86使离合器机构66远离松紧部件18地向驱动件64偏压。
参照图3a和4，松紧部件(在这个实施例中为卷轴)18可转动地安 装至轴52。压缩弹簧86将松紧部件18偏压离开离合器机构。松紧部件18包括环绕松紧部件18的外周设置的多个松紧齿100，用于啮合离合器机构66的离合器齿80。松紧部件18还包括用于接收控制缆索12的凹槽102。凹槽102沿松紧部件18的外周延伸。松紧部件18由保持机构20保持在选定位置处。保持机构20包括棘轮104和两个棘爪簧106。棘轮104包括两个突出部108，该突出部108被接收在松紧部件18的凹部110中，用于将棘轮104转动地连接至松紧部件18。突出部108被设置成，使得棘轮104相对松紧部件18具有少量转动游隙(在这个实施例中，大约4度)。另选的是，松紧部件18和棘轮104可以整体形成，参见图3b。参照图6，棘轮104可转动地安装至轴52，并且包括环绕棘轮104的外周设置的两组齿112。棘轮104上的齿112对应于变速机构的档位。棘爪簧106包括由外壳支承的第一腿部114和可与棘轮104的齿112啮合的第二腿部116，用于将松紧部件保持在选定位置处。
如图1所示，在静止状态下控制杆62位于空档位置。当控制杆62处于空档位置处时，离合器机构66被压缩弹簧86偏压离开松紧部件18，如图7a所示，并且被扭簧84转动地偏压至空档位置，如图8a所示。为了使变速机构换档，控制杆62沿第一方向A转动，以拉紧控制缆索，以及沿第二方向B转动，以释放控制缆索。当控制杆62沿缆索拉紧方向转动时，驱动件64随控制杆62转动，并且随着驱动件64的驱动件齿70的转动，离合器机构66的凹部78沿驱动件齿70的成角状表面77移动，使离合器机构66沿轴向朝松紧部件18移位，直到离合器机构66的离合器齿80与松紧部件18的松紧齿100啮合为止，如图7b所示。一旦通过松紧部件18阻止离合器机构66沿轴向方向的任何进一步移位，离合器机构66的延伸部92就针对扭簧84的腿部90施力，以克服扭簧84的偏压力，并且沿缆索拉紧方向转动离合器机构66，参见图8b。因为离合器齿80当前与松紧齿100啮合，所以松紧部件18和棘轮104也沿缆索拉紧方向转动，由此导致棘爪簧106啮合棘轮104上与变速机构的下一个档位相对应的下一个齿。如果骑手想要沿缆索拉紧方向进行一次多于一个档的换档，则该骑手应当连续转动控制杆直到到达希望的档位为止。 利用这种构造，骑手可以通过控制杆62的单次行程沿缆索拉紧方向进行多个档的换档。
在释放控制杆62之后，驱动件64不再针对离合器66施力，并且压缩弹簧86的偏压力使离合器机构66远离松紧部件18移回至其轴向空档位置，而扭簧84的偏压力使离合器机构66转回至其转动空档位置，如图8a所示。因为离合器机构66与驱动件64接合，而驱动件64与控制杆62接合，所以驱动件64和控制杆62也返回至它们的空档位置。通过啮合棘轮齿112的棘爪簧106而将松紧部件18保持在其当前位置处。
当控制杆62沿缆索释放方向转动时，与缆索拉紧操作类似的是，驱动件64随控制杆62转动，并且随着驱动件齿70的转动，离合器机构66的凹部78沿驱动件齿70的成角状表面77移动，使离合器机构66沿轴向朝松紧部件18移位，直到离合器机构66的离合器齿80与松紧部件18的松紧齿100啮合为止。参照图8c，一旦通过松紧部件18阻止离合器机构66沿轴向方向的任何进一步移位，离合器机构66的延伸部92就对扭簧84的腿部88施力以克服扭簧84的偏压力，从而沿缆索释放方向转动。松紧部件18和棘轮104沿缆索释放方向转动，由此导致棘爪簧106沿缆索释放方向啮合下一个齿。如果骑手想要沿缆索释放方向进行一次多于一个档的换档，则该骑手应当连续转动控制杆62直到到达希望的档位为止。利用这种构造，骑手可以通过控制杆62的单次行程沿缆索释放方向进行多个档的换档。与缆索拉紧操作类似的是，在释放控制杆62之后，驱动件64、离合器机构66以及控制杆62返回至它们的空档位置，并且使松紧部件18保持在其当前位置。
虽然已经参照优选实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，在所述发明概念的精神和范围内可以对本发明进行许多改变。因此，本发明不限于公开的实施例，而指具有下列权利要求的语言所允许的全部范围。

Claims (36)

1.一种自行车换档器，该自行车换档器用于拉紧和释放连接至变速机构的控制缆索，所述自行车换档器包括：
外壳，该外壳能够安装在把手的端部处；
松紧部件，该松紧部件能够环绕换档轴线转动，用于沿缆索拉紧方向卷绕该松紧部件上的所述控制缆索以及沿缆索释放方向解绕该松紧部件上的所述控制缆索；
控制机构，该控制机构能够沿第一方向移动，以沿所述缆索拉紧方向转动所述松紧部件，以及可沿与所述第一方向相反的第二方向移动，以沿所述缆索释放方向转动所述松紧部件，所述控制机构包括能够环绕所述换档轴线转动的控制杆，以及可转动地接合至所述控制杆的驱动件，通过选择所述控制杆相对于所述驱动件的位置来调节所述控制杆相对于所述外壳的角位置，以调节控制杆的空档位置；
保持机构，该保持机构用于将所述松紧部件保持在选定位置处；以及
返回组件，该返回组件用于在每次换档操作之后将所述控制杆返回至所述空档位置。
2.根据权利要求1所述的自行车换档器，其中，所述松紧部件能够环绕与所述把手的轴线大致垂直的所述换档轴线转动。
3.根据权利要求1所述的自行车换档器，一连接组件插入所述把手的端部。
4.根据权利要求1所述的自行车换档器，其中，所述控制杆与所述把手的轴线大致垂直地扫掠。
5.根据权利要求1所述的自行车换档器，其中，所述控制机构还包括可操作地接合至所述驱动件的离合器机构，所述离合器机构能够环绕所述换档轴线转动。
6.根据权利要求5所述的自行车换档器，其中，所述离合器机构能够沿轴向移位，以响应于所述控制杆的致动而啮合所述松紧部件。
7.根据权利要求5所述的自行车换档器，其中，所述返回组件包括转动偏压部件和轴向偏压部件，所述转动偏压部件将所述离合器机构转动地偏压至转动空档位置，而所述轴向偏压部件将所述离合器机构沿轴向朝所述驱动件并远离所述松紧部件偏压至轴向空档位置。
8.根据权利要求7所述的自行车换档器，其中，所述离合器机构包括延伸部，所述外壳包括突出部，并且所述转动偏压部件是扭簧，所述扭簧能够与所述突出部和所述延伸部啮合，以将所述离合器机构向所述转动空档位置偏压。
9.根据权利要求8所述的自行车换档器，其中，所述扭簧包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部中的一个端部能够与所述延伸部啮合，而所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部能够与所述突出部啮合。
10.根据权利要求7所述的自行车换档器，其中，所述轴向偏压部件是设置在所述离合器机构与所述松紧部件之间的压缩弹簧。
11.根据权利要求6所述的自行车换档器，其中，所述驱动件和所述离合器机构被设置成匹配地啮合，所述驱动件响应于所述控制杆的致动沿轴向并且转动地移位所述离合器机构。
12.根据权利要求11所述的自行车换档器，其中，所述驱动件和所述离合器机构中的一个包括至少两个齿，而所述驱动件和所述离合器机构中的另一个包括用于接收所述齿的至少两个凹部。
13.根据权利要求12所述的自行车换档器，其中，所述至少两个齿具有成角状表面，而所述凹部具有能够与所述齿的所述成角状表面匹配地啮合的相对应的成角状表面。
14.根据权利要求5所述的自行车换档器，其中，所述松紧部件包括多个松紧齿，并且所述离合器机构包括能够与所述多个松紧齿啮合的多个离合器齿，以响应于所述控制杆的致动而环绕所述换档轴线转动所述松紧部件，当所述控制杆处于所述空档位置处时，所述离合器齿被偏压离开所述松紧齿。
15.根据权利要求5所述的自行车换档器，其中，所述控制杆被夹紧至所述驱动件。
16.根据权利要求1所述的自行车换档器，其中，所述保持机构包括能够随所述松紧部件转动的棘轮和至少一个棘爪簧，所述棘轮具有多个齿，所述棘爪簧能够与所述棘轮的所述多个齿啮合，用于将所述松紧部件保持在选定位置。
17.根据权利要求16所述的自行车换档器，其中，所述棘爪簧具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部中的一个端部由所述外壳支承，而所述第一端部和所述第二端部中的另一个端部能够与所述棘轮的所述齿啮合。
18.根据权利要求16所述的自行车换档器，其中，所述松紧部件包括凹部，而所述棘轮包括能够与所述凹部啮合以将所述棘轮可转动地接合至所述松紧部件的突出部。
19.根据权利要求16所述的自行车换档器，其中，所述棘轮和所述松紧部件是一体的。
20.一种自行车换档器，该自行车换档器用于拉紧和释放连接至变速机构的控制缆索，所述自行车换档器包括：
外壳，该外壳能够安装至把手；
松紧部件，该松紧部件能够环绕换档轴线转动，用于沿缆索拉紧方向卷绕该松紧部件上的所述控制缆索以及沿缆索释放方向解绕该松紧部件上的所述控制缆索；
控制机构，该控制机构包括控制杆，该控制杆能够沿第一方向转动，以沿所述缆索拉紧方向转动所述松紧部件，该控制杆能够沿第二方向移动，以沿所述缆索释放方向转动所述松紧部件，所述控制机构包括能够沿轴向移位的离合器机构，所述离合器机构用于响应于所述控制杆的致动来啮合所述松紧部件，以将所述控制杆的运动传递至所述松紧部件；
保持机构，该保持机构用于将所述松紧部件保持在选定位置；以及
返回组件，该返回组件用于在每次换档操作之后将所述控制机构返回至空档位置。
21.根据权利要求20所述的自行车换档器，其中，所述换档轴线与所述把手的轴线大致垂直。
22.根据权利要求20所述的自行车换档器，其中，所述控制机构还包括可转动地接合至所述控制杆并且可操作地接合至所述离合器机构的驱动件，所述离合器机构能够环绕所述换档轴线转动，所述控制杆能够环绕所述换档轴线转动。
23.根据权利要求20所述的自行车换档器，其中，所述控制杆与所述把手的轴线大致垂直地扫掠。
24.根据权利要求22所述的自行车换档器，其中，所述返回组件包括转动偏压部件和轴向偏压部件，所述转动偏压部件将所述离合器机构转动地偏压至转动空档位置，而所述轴向偏压部件将所述离合器机构沿轴向朝所述驱动件并远离所述松紧部件偏压至轴向空档位置。
25.根据权利要求24所述的自行车换档器，其中，所述离合器机构包括延伸部，所述外壳包括突出部，并且所述转动偏压部件是扭簧，所述扭簧能够与所述突出部和所述延伸部啮合，以将所述离合器机构向所述转动空档位置偏压。
26.根据权利要求25所述的自行车换档器，其中，所述扭簧包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部中的一个能够与所述延伸部啮合，而所述第一端部和所述第二端部中的另一个能够与所述突出部啮合。
27.根据权利要求24所述的自行车换档器，其中，所述轴向偏压部件是设置在所述离合器机构与所述松紧部件之间的压缩弹簧。
28.根据权利要求22所述的自行车换档器，其中，所述驱动件和所述离合器机构被设置成匹配地啮合，所述驱动件响应于所述控制杆的致动沿轴向并且转动地移位所述离合器机构。
29.根据权利要求28所述的自行车换档器，其中，所述驱动件和所述离合器机构中的一个包括至少两个齿，而所述驱动件和所述离合器机构中的另一个包括用于接收所述齿的至少两个凹部。
30.根据权利要求29所述的自行车换档器，其中，所述至少两个齿具有成角状表面，而所述凹部具有能够与所述齿的所述成角状表面匹配地啮合的相对应的成角状表面。
31.根据权利要求20所述的自行车换档器，其中，所述松紧部件包括多个松紧齿，并且所述离合器机构包括能够与所述多个松紧齿啮合的多个离合器齿，以响应于所述控制杆的致动而环绕所述换档轴线转动所述松紧部件，当所述控制机构处于所述空档位置处时，所述离合器齿被偏压离开所述松紧齿。
32.根据权利要求22所述的自行车换档器，其中，所述控制杆被夹紧至所述驱动件。
33.根据权利要求20所述的自行车换档器，其中，所述保持机构包括能够随所述松紧部件转动的棘轮和至少一个棘爪簧，所述棘轮具有多个齿，所述棘爪簧能够与所述棘轮的所述多个齿啮合，以将所述松紧部件保持在选定位置。
34.根据权利要求33所述的自行车换档器，其中，所述棘爪簧具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部中的一个由所述外壳支承，而所述第一端部和所述第二端部中的另一个能够与所述棘轮的所述齿啮合。
35.根据权利要求33所述的自行车换档器，其中，所述松紧部件包括凹部，而所述棘轮包括能够与所述凹部啮合以将所述棘轮转动地接合至所述松紧部件的突出部。
36.根据权利要求33所述的自行车换档器，其中，所述棘轮和所述松紧部件是一体的。
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